電抗器技術(shù)的發(fā)展歷程及其前景展望(上) 一、前 言
新中國(guó)成立后，電抗器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。電抗器的先進(jìn)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)、試驗(yàn)方法和運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，在行業(yè)內(nèi)、在電力部門等用戶中得到了傳播和交流，從而促進(jìn)了電抗器產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步。在這里對(duì)40年來各種電抗器的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)加以介紹。
二、并聯(lián)電抗器
發(fā)電機(jī)滿負(fù)載試驗(yàn)用的電抗器是并聯(lián)電抗器的雛型。1967年上海電機(jī)廠的技術(shù)人員在原有的三相油浸鐵心式電抗器的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造，生產(chǎn)了同類型60Mvar電抗器。該產(chǎn)品首次采用了輻射式鐵心餅和用彈簧強(qiáng)力壓緊裝置壓緊鐵心柱，使并聯(lián)電抗器的振動(dòng)和噪聲有所降低。
1970年我國(guó)開始在西北地區(qū)建設(shè)第一條330kV超高壓線路，西安變壓器廠(西安西電變壓器有限責(zé)任公司前身，以下簡(jiǎn)稱西變)為之提供了3X30Mvar／363kV并聯(lián)電抗器。為了便于單相重合閘，消除單相接地故障以后的潛供電弧電流，超高壓電抗器除了設(shè)置中性點(diǎn)電抗外，還要求減少相間耦合，因此都用單相。為了減少漏磁，30Mvar電抗器為單柱帶磁軛回路，不但鐵心餅為輻射式，磁軛回路也輻射排列。
1980年，我國(guó)第一條用國(guó)產(chǎn)設(shè)備裝備的500kV線路的元寶山-遼陽(yáng)-錦州段在錦州設(shè)置了3X40Mvar／500kV并聯(lián)電抗器。當(dāng)時(shí)為了使500kV繞組具有更大的縱絕緣裕度，繞組二柱串聯(lián)，故電抗器為二柱鐵心式。盡管磁通密度選用偏低，但由于當(dāng)時(shí)工藝條件差，鐵心餅澆注工藝落后，運(yùn)行中噪聲仍接近90dB。
以上早年生產(chǎn)的330kV／500kV并聯(lián)電抗器迄今均仍在運(yùn)行中。
1985年，以技貿(mào)結(jié)合方式從阿爾斯通公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的50Mvar／550kV電抗器在晉-京房山-大同線上投運(yùn)。這批電抗器的重大改進(jìn)在于：
(1)鐵心餅密實(shí)，澆注良好； (2)用更為密實(shí)的間隙材料； (3)鐵心柱強(qiáng)力壓緊。
改進(jìn)以后的電抗器噪聲水平降低到80dB以下。但由于電抗器的技術(shù)要求，飽和以后的電壓--電流特性曲線的斜率為飽和前的2／3，因此其空心電感值很大，漏磁相應(yīng)就很大。運(yùn)行后有低溫過熱現(xiàn)象。投運(yùn)不久，在色譜分析中總烴、氫含量即達(dá)到注意值，干擾了正常的對(duì)電抗器故障的判斷。阿爾斯通公司生產(chǎn)的產(chǎn)品也存在同樣的問題。西變于1990年解剖了一臺(tái)返廠的產(chǎn)品，查找問題所在，采取措施，降低了高磁場(chǎng)強(qiáng)度處的渦流，并相應(yīng)改善了冷卻條件，局部過熱現(xiàn)象得以消除。迄今，西變共生產(chǎn)此類500kV級(jí)并聯(lián)電抗器近300臺(tái)，最高年產(chǎn)80臺(tái)電抗器，規(guī)格有40Mvar、50Mvar、60Mvar，最近還生產(chǎn)了70Mvar的電抗器，投運(yùn)后均運(yùn)行正常。低損耗的50Mvar?500kV并聯(lián)電抗器總損耗由160kW降低到100kW(飽和后斜率相應(yīng)降低到40%-50%)，噪聲在75dB左右。近年來沈陽(yáng)變壓器廠(以下簡(jiǎn)稱沈變)也開始生產(chǎn)同樣規(guī)格的500kV并聯(lián)電抗器，也是分段鐵心式。保定天威集團(tuán)則引進(jìn)日本三菱公司技術(shù)生產(chǎn)了500kV殼式空心并聯(lián)電抗器。
在一些開關(guān)站，要求超高壓并聯(lián)電抗器能同時(shí)供站用電，為此提出要求提供抽能式電抗器。抽能式電抗器的實(shí)質(zhì)是在并聯(lián)電抗器內(nèi)設(shè)置一個(gè)小容量的低壓二次繞組，但一、二次繞組間要有足夠的阻抗；使低壓側(cè)即使短路也不會(huì)影響并聯(lián)電抗器的正常工作。
除了上述直接接在超高壓線路上的(一般不經(jīng)斷路器)超高壓并聯(lián)電抗器外，還有接在超高壓升／降壓站變壓器三次側(cè)的l0V～63kV中壓并聯(lián)電抗器，其容量一般為三相30Mvar或45Mvar。一個(gè)變電站最多可裝6～8組，同樣用于無功補(bǔ)償。根據(jù)用戶要求可以是油浸鐵心式或干式空心式，后者用于單相組�？招母墒诫娍蛊饕彩菓敉庋b置，以減少磁場(chǎng)對(duì)建筑物的影響。但戶外裝置對(duì)干式電抗器所用絕緣材料的耐候性要求較高，往往不夠理想。這類干式空心電抗器早年進(jìn)口較多。20世紀(jì)(以下省略)90年代以來，國(guó)內(nèi)北京電力修造廠、揚(yáng)子電氣公司也開始生產(chǎn)，采用的都是多層并聯(lián)、聚脂薄膜匝絕緣、環(huán)氧樹脂包封的技術(shù)。西安交通大學(xué)等為之開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算軟件。
隨著大城市地下電纜配電系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展，電纜容性充電電流引起的輕負(fù)荷期的電壓升高也日益引起重視。一些供電部門要求裝設(shè)10kV、35kV三相鐵心式并聯(lián)電抗器，容量為5Mvar～10Mvar。為了與配電裝置相適應(yīng)，這些電抗器都要求裝在室內(nèi)。采用鐵心式的目的是為了減少漏磁對(duì)建筑物的影響。為適應(yīng)無油化趨勢(shì)，又要求為干式。順德特種變壓器廠(順特電氣有限公司前身)于90年代開發(fā)了此類產(chǎn)品。
鐵心式電抗器由于分段鐵心餅之間存在著交變磁場(chǎng)的吸引力，因此盡管采取了各項(xiàng)措施，其噪聲一般要比同容量變壓器高出10dB左右。
用于靜止補(bǔ)償?shù)腡CR晶閘管相控電抗器就其作用來說，可歸人并聯(lián)電抗器一類。國(guó)內(nèi)自80年代以來生產(chǎn)了若干套靜止補(bǔ)償?shù)木чl管相控電抗器，多由西安電力機(jī)械制造公司和電力科學(xué)院成套，相控電抗器為空心干式。
三、限流電抗器
限流電抗器一般用于配電線路。從同一母線引出的分支饋線上往往串有限流電抗器，以限制饋線的短路電流，并維持母線電壓，不致因饋線短路而致過低。50年代初，沈變就開始生產(chǎn)用水泥電抗器電纜繞制的各種規(guī)格10kV級(jí)限流電抗器，繞組繞完后用混凝土澆注使其成為整體。限流電抗器本身容量并不大，一般在2．5Mvar以下，但要承受最多可達(dá)額定電流25倍的短路電流下的動(dòng)、熱穩(wěn)定。因?yàn)橐蘖�，電感值在很大電流范圍�?nèi)應(yīng)為線性，所以都是空心干式。
90年代以后，隨著多層并聯(lián)、環(huán)氧樹脂包封技術(shù)的發(fā)展，限流電抗器多數(shù)采用干式空心并聯(lián)電抗器相同的技術(shù)生產(chǎn)，由環(huán)氧玻璃絲來確保短路時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定。
根據(jù)我國(guó)電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式，只有500kV系統(tǒng)采用中性點(diǎn)小電抗接地。這種小電抗正常工作時(shí)實(shí)質(zhì)上只有很小的不平衡電流通過，但在系統(tǒng)單相接地故障時(shí)卻要求承受巨大短路電流下的動(dòng)、熱穩(wěn)定。這種電抗器容量不大，用量不多，但要求可靠性高，目前多數(shù)用油浸空心式，外加屏蔽。
啟動(dòng)電抗器用來限制大型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，啟動(dòng)完成即退出。與自耦變壓器啟動(dòng)方式相比，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)比較平穩(wěn)。因其工作時(shí)間很短(規(guī)定為2min)，所以電流密度可以很高，電抗器尺寸不大。就其功能來說，也可歸于限流一類。
四、阻尼電抗器
阻尼電抗器(通常也稱串聯(lián)電抗器)與電容器組或密集型電容器相串聯(lián)，用以限制電容器的合閘涌流。就這一點(diǎn)來說，其作用與限流電抗器相類似。一般來說，如僅僅是為了限制合閘涌流，只要相當(dāng)于電容器組容抗值1%的感抗就夠了。如系統(tǒng)有5次或以上諧波，則采用
4 5%-6%的感抗；如系統(tǒng)有3次諧波，則取12%。其目的是為了使電容器回路對(duì)諧波呈感性，因此使系統(tǒng)原有諧波不致因增設(shè)電容器回路而放大。阻尼電抗器的過載能力應(yīng)與電容器的過載能力相適應(yīng)，而在合閘瞬間，電抗器首末端之間要耐受幾乎全部系統(tǒng)電壓，并要能承受合閘涌流作用下的動(dòng)、熱穩(wěn)定。為此，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此作出了嚴(yán)格的規(guī)定。70年代，寧波變壓器廠就試制了鐵心式三相阻尼電抗器并形成系列�，F(xiàn)在，鐵心式(油浸或干式)和空心式(干式)阻尼電抗器都在使用。很多電容器生產(chǎn)廠自己生產(chǎn)阻尼電抗器與其電容器配套。
五、濾波電抗器
濾波電抗器與濾波電容器串聯(lián)組成諧振濾波器，一般用于3次至17次的諧振濾波或更高次的高通濾波。直流輸電線路的換流站、相控型靜止補(bǔ)償裝置、中大型整流裝置、電氣化鐵道，以至于所有大功率晶閘管控制的電力電子電路都是諧波電流源，必須加以濾除，不讓其進(jìn)入系統(tǒng)。電力部門對(duì)于電力系統(tǒng)中的諧波有具體規(guī)定。近年來電網(wǎng)受諧波電流源的威脅愈來愈嚴(yán)重，因此濾波是不可少的。迄今，超高壓直流輸電工程濾波裝置均由國(guó)外工程總承包商承包，其它方面的濾波電抗器則均由國(guó)內(nèi)電抗器專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)提供。濾波電抗器的電抗值通常要求能在一定范圍內(nèi)可調(diào)，以使與電容器相配合。對(duì)其品質(zhì)因素Q值也有一定要求，以滿足濾波裝置的頻率特性。濾波電抗器通常為空心干式，也可以做成鐵心式。超高壓直流輸電換流站的交、直流側(cè)濾波裝置因?yàn)閿?shù)量眾多，均設(shè)于戶外，占地范圍相當(dāng)大。 |
